Le Scanner : Principes d’utilisation

La radiographie "classique" utilise la propriété des rayons X de traverser l'organisme et d'impressionner une pellicule photographique. Comme les différentes parties du corps réagissent différemment aux rayons X certaines se laissent traverser totalement, d'autres les arrêtent on voit, sur la radiographie, les contours des organes traversés. Avec les progrès considérables accomplis dans la sensibilité des films photographiques, les doses de rayons X délivrées diminuent. Cependant, de même que deux personnes marchant rapprochées l'une derrière l'autre avec le soleil dans le dos, ne voient sur le sol qu'une seule ombre de leurs deux silhouettes, les ombres des organes traversés par le faisceau de rayons X sont confondues sur la plaque photographie Le scanner a permis de résoudre ce problème, quel en sont ses principes

Le scanner (ou tomodensitomètre ou tomographie axiale calculée par ordinateur, scanner Paris, scanner 92, scaner, scanner ou irm) est un appareil de radiologie qui utilise des rayons X et qui permet d'explorer différents organes du corps humain.

Son principe consiste à réaliser des coupes fines de la région anatomique à explorer. Les rayons X qui traversent votre corps sont plus ou moins arrêtés en fonction de la densité des tissus. Les données obtenues sont traitées par informatique pour donner des images. Ce sont ces images qui sont analysées par le radiologue.

Principes de base

La tomodensitométrie repose sur deux principes :

• La mesure de l’atténuation d’un faisceau de rayon X par un corps et le calcul de son coefficient d’absorption donc de sa densité radiologique
• La reconstitution d’une image de l’objet à partir de ses différentes projections, procédé utilisé en astronomie depuis les années 1950.

Le génie d’Hounsfield fut d appliquer en 1969 ces deux principes à la radiologie, avec l’aide d’un outil informatique.

Principe de la reconstitution d’une image :

Le volume étudié est décomposé en petits volumes élémentaires (voxels) disposés de façon ordonnée selon une matrice.

Une matrice est un tableau rectangulaire ou carré constitué de m colonnes, et de n lignes, définissant m x n rectangles ou carré élémentaires. L’image matricielle est décomposée en images élémentaires (pixels), généralement de forme carrée, disposées de façon ordonnée selon une matrice définie.

En tomodensitométrie, l’image matricielle est la représentation bidimensionnelle d’un volume.

Chaque pixel traduit donc par son intensité lumineuse relative l’absorption spécifique du voxel correspondant. L’objet étudié est analysé par tranches successives. La décomposition matricielle de cette tranche réalise des voxels ayant le pixel pour base et l’épaisseur de la tranche comme hauteur.

A chacun des voxels correspond un coefficient d’absorption moyen. L’image matricielle de cette tranche devient plus précise lorsque les dimensions des pixels diminuent.
Chaque élément de la matrice est soumis à un nombre élevé d’expositions selon des directions différentes du rayonnement. A chacune de ces directions correspond une mesure de l’atténuation. L’accumulation de ces nombreuses mesures permet à un ordinateur, grâce à un algorithme, de déterminer la valeur du coefficient d’absorption propre de chaque voxel. Ces algorithmes deviennent de plus en plus rapides et puissants.

Du signal à l’image

Le calculateur

Il détermine à l’aide de l’algorithme approprié les valeurs numériques des densités des voxels. Les données numériques sont ensuite stockées sur un support magnétique (IRM Paris, IRM 92, Scanner Paris, Scanner 92, radiographies, scanner ou irm, tomosynthese).

Visualisation de l’image

A partir des données numériques la visualisation de la tranche de l’objet étudié est obtenue après une nouvelle conversion digitale analogique qui permet de faire correspondre à une valeur numérique donnée un niveau de gris sur un écran d’ordinateur. Le nombre de niveau de gris représentables est limité. Quant à l’œil humain il n’est capable de différencier que 16 niveaux de gris.

Les coefficients d’absorption linéaire calculés par l’ordinateur, mal commodes à utiliser en pratique, sont convertis en unités Hounsfield ( UH) selon une échelle de 2000 niveaux s’étendant de -1000 à +1000.

Dans l’échelle de Hounsfield, la densité de l’eau a été fixée arbitrairement à 0. Les densités des structures plus absorbantes sont positives et les densités de toutes les structures moins absorbantes que l’eau sont négatives.

En pratique on utilise le niveau et la largeur de la fenêtre qui doit toujours être ajusté à la valeur moyenne de la densité de la structure particulièrement étudiée.

Plusieurs technologies se sont succédées depuis l’apparition des scaners ou tomodensitométrie.

Dans les appareils de première et deuxième générations, le tube émetteur de rayon X et les détecteurs couplés effectuent un mouvement combiné de translation-rotation autour du corps du patient.

Dans les scanners de troisième génération, tube et détecteurs n’effectuent qu’un mouvement de rotation (Scanner Paris, Scanner 92, scanner neuilly, scanner ou irm).

Dans les scanners de quatrième génération de nombreux détecteurs sont disposés selon une couronne fixe et seul le tube tourne autour du corps du patient (Scanner Paris, Scanner 92, scanner neuilly, scanner ou irm).

A l’orée des années 90 les évolutions semblaient marquer le pas et le niveau maximum de performances paraissait quasiment atteint.

L’intérêt pour la scanographie diminuait d’autant que l’IRM semblait pouvoir supplanter le scanner dans de nombreuses indications et notamment la pathologie cardiaque et vasculaire. C’est alors que sont apparus les scanners spiralés multicoupes.

Cette technologie sera adoptée par l’ensemble des constructeurs. L’acquisition n’est plus une acquisition incrémentale (cette séquence d’acquisition était longue et les coupes n’étaient pas jointives car séparées par l’espace du déplacement de la table. C’était une acquisition en « tranches de saucisson », mais hélicoïdale ou acquisition volumique.

L’acquisition volumique :

L’acquisition spiralée est une technique totalement différente car le tube tourne en permanence autour du patient et la table avance elle aussi en permanence si bien que les coupes réalisent une spirale , un ressort et le patient est découpé «comme une peau d’orange ». L’ordinateur est ensuite capable de reconnaître et de reconstruire les acquisitions perpendiculairement à l’axe de déplacement de la table et non pas en biais.

La table avance de façon continue à vitesse constante, le tube et les détecteurs effectuent une rotation selon un sens et une vitesse constante
Cette technique permet l’étude de la totalité d’un volume, sans espace intercalaire non exploré.

Les scanners multicoupes (acquisition multicoupe) :

Le principe de base est celui du scanner spiralé (Scanner Paris, Scanner 92, scanner neuilly, scanner ou irm) mais au lieu d’avoir un seul récepteur en face du tube RX il y en a plusieurs côte à côte. Il y a donc réalisation de plusieurs coupes au cours d’une seule rotation. De plus, hormis le premier tour, tous les points d’une coupe sont étudiés plusieurs fois ( 64 fois pour des scanners contiennent 64 détecteurs).

Les détecteurs

Ils constituent l’un des points clés de la qualité de l’image et des performances des scanners et participent largement à l’argumentation de vente. Ils sont caractérisés par le nombre, la taille et l’espacement des cellules de détection, leur temps de réponse et leur rémanence, leur rendement de détection, et leur coût.

Conséquences du système multicoupes spiralé :

• L’acquisition d’un volume en totalité. Ce volume peut ensuite être reconstruit sans discontinuité,
• L’exploration est plus rapide ; du fait de l’acquisition simultanée de plusieurs coupes, la spirale peut être étirée. Il est donc possible d’explorer de grands volumes le temps d’une apnée. La notion d’apnée est importante car il n’y a pas de flou lié à la respiration.

Les reconstructions multiplanaires

Les reconstructions se font dans tous les plans de l’espace, frontal (appelé aussi coronal), sagittal, oblique ou en double obliquité enfin en mode curviligne (il s’agit de suivre une structure de trajet sinueux et de la reconstruire dans un seul plan, comme si elle était étalée à plat. Ce type de reconstruction est particulièrement important pour l’étude des vaisseaux).

Les reconstructions volumiques, surfaciques avec possibilité de tourner en temps réel autour de l’objet sélectionné. Il est possible de rendre les objets transparents pour voir à l’intérieur.

Le mode endoscopique : il est possible de réaliser une véritable endoscopie virtuelle( coloscopie virtuelle) dans toutes les structures qui n’ont pas la même densité que les tissus avoisinants.

Le mode ciné qui permet de faire défiler les images et de réaliser une étude dynamique.

En fait il existe de multiples possibilités de retraitement des images . La puissance de l’informatique permet les reconstructions de plus en plus rapidement, malgré la multiplicité des coupes (500 en moyennes par examen).

L ensemble des constructeurs ont donc adopté le principe du scanner spiralé mais en répondant de façon variée aux contraintes technologiques nouvelles qu’il impose ; Cette technique par ses avantages à permis de redevenir concurrente de l’ IRM.